JP5811132B2 - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気装置に関するもので、特に内燃機関(エンジン)の排気ガス循環装置に係わる。
[従来の技術]
従来より、内燃機関の排気装置として、例えば自動車等の車両走行用の内燃機関(エンジン)の気筒より排出される排気ガス中に含まれる有害物質(例えば窒素酸化物:NOx)の低減を図るという目的で、エンジンの排気管から排気ガス還流管を経て吸気管へ排気ガス(以下EGRガス)を再循環(還流)させる排気ガス循環装置(EGRシステム)が公知である。
EGRシステムには、排気ガス還流管内のEGR流路を流れるEGRガスの流量を可変制御するEGRガス流量制御弁(以下EGR制御弁)が設置されている(例えば、特許文献1参照)。
このEGR制御弁は、モータシャフトおよびピニオンギアを有する電動モータと、ピニオンギアと噛み合って回転する中間ギアを有する中間シャフトと、中間ギアと噛み合って回転する出力ギアおよびエキセンを有するエキセンシャフトと、ポペットバルブと、バルブステムと、エキセンが噛み合っている連結リンクとを備えている。
そして、中間シャフトは、エキセンと連結リンクとが電動モータ近傍に配置されるように側方で、エキセンシャフト近傍に配置されている。
[従来の技術の不具合]
ところが、従来のEGR制御弁においては、出力ギアとエキセンとの間にハウジング壁が存在しておらず、エキセンシャフトをその回転方向に摺動可能に支持する軸受(ベアリング)を配置することが困難であった。これにより、エキセンシャフトが軸振れするため、中間ギアと出力ギアとの噛み合いが悪く、電動モータの動力が効率良くエキセンおよびポペットバルブに伝わらないという問題があった。
国際公開第2012/126876号
本発明の目的は、出力部材の出力シャフトを支持する第1軸受の配置を容易とすることで、モータの動力を効率良くヨークおよびバルブに伝達することのできる内燃機関の排気装置を提供することにある。
請求項1に記載の発明(内燃機関の排気装置)によれば、バルブおよびアクチュエータを内蔵(収容)するハウジングに、少なくとも弁軸およびフォロアを収容する第1収容室と少なくともモータおよび出力ギアを収容する第2収容室とを分断するハウジング壁を設け、そのハウジング壁に、出力シャフトをその回転方向に摺動可能に支持する第1軸受、およびこの第1軸受の外周を保持する筒状の第1軸受ホルダを設けている。すなわち、第1収容室と第2収容室とを分断するハウジング壁に第1軸受ホルダを設けることで、第1軸受および第1軸受ホルダの配置が非常に容易となる。これにより、出力シャフトの軸振れを抑制することができるので、出力ギアにモータの動力を伝えるモータ側のギアと出力ギアとの噛み合いが良くなる。したがって、モータの動力をヨークおよびバルブに効率良く伝達することができる。
また、第1収容室と第2収容室とを分断するハウジング壁を設けたことにより、例えば外部との電気接続を行う導通接合部を有するモータ、およびこのモータの動力を受けて回転する出力ギアを、バルブ(少なくとも弁軸)およびフォロアと分断することができる。これにより、バルブの弁軸とハウジングとの隙間(シール部等)を通って流路から第1収容室内へ漏れ出す微量な腐食性ガス(排気ガス中に含まれる腐食性ガス)が第2収容室に侵入することを防止することができる。したがって、モータと外部との導通接合部の導通不良または接触の悪化を防止することができる。
EGR制御弁を示した断面図である(実施例1)。 図1のII−II断面図である(実施例1)。 センサカバーを外した状態を示した平面図である(実施例1)。 図3のIV−IV断面図である(実施例1)。 EGR制御弁を示した断面図である(実施例1)。 アクチュエータおよびEGRバルブを示した斜視図である(実施例1)。 アクチュエータおよびEGRバルブを示した斜視図である(実施例1)。 (a)〜(c)は出力ギアサブアッセンブリ(出力部材)を示した正面図、側面図、背面図である(実施例1)。 ヨークに対するフォロアの嵌合方法を示した組付行程図である(実施例1)。 ヨークに対するフォロアの嵌合方法を示した組付行程図である(実施例1)。 ヨークに対するフォロアの嵌合方法を示した組付行程図である(実施例1)。 ヨークに対するフォロアの嵌合方法を示した組付行程図である(実施例2)。 ヨークに対するフォロアの嵌合方法を示した組付行程図である(実施例2)。 ヨークに対するフォロアの嵌合方法を示した組付行程図である(実施例2)。 ヨークに対するフォロアの嵌合方法を示した組付行程図である(実施例2)。
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
[実施例1の構成]
図1ないし図11は、本発明を適用した内燃機関の排気ガス循環装置(EGRシステム)に使用されるEGR制御弁(実施例1)を示したものである。
本実施例の内燃機関の排気装置は、例えば自動車等の車両に搭載される内燃機関(多気筒ディーゼルエンジン:以下エンジン)の排気管から吸気管へ排気ガス(以下EGRガス)を再循環(還流)させる排気ガス循環装置(以下EGRシステム)を備えている。
EGRシステムは、エキゾーストマニホールドまたは排気管内の排気通路からインテークマニホールドまたは吸気管内の吸気通路へEGRガスを還流させるEGRガスパイプを備えている。このEGRガスパイプ内には、排気通路から吸気通路へEGRガスを流入させるEGRガス流路が形成されている。
EGRガスパイプには、EGRガス流路を流れるEGRガスの流量をEGRバルブ1の開閉動作により制御するEGR制御弁が設置されている。
ここで、EGRシステムは、エンジンの運転状況に基づいてEGR制御弁のEGRバルブ1を開閉制御するEGRバルブ制御装置(内燃機関のEGR制御装置)として使用される。このEGRバルブ制御装置は、EGR制御弁のアクチュエータ2を他のシステムと連動して制御するエンジン制御ユニット(電子制御装置:以下ECU)を備えている。
EGR制御弁は、EGRガス流路を流れるEGRガスの流量を調量するEGRバルブ1と、このEGRバルブ1をその軸線方向に往復移動させるアクチュエータ2と、EGRバルブ1およびアクチュエータ2を収容(内蔵)するハウジング3とを備えている。
EGRバルブ1は、EGRガスが流れるEGRガス流路を開閉する弁体であるバルブヘッド(EGR制御弁の弁体)4、およびこのバルブヘッド4を支持する弁軸であるバルブシャフト(EGR制御弁の弁軸:以下バルブステム)5を備えている。
このバルブステム5の軸線方向の基端部には、断面コの字状のヨーク6を介して、アクチュエータ2からモータMの回転動力が伝達される入力部が設けられている。ヨーク6は、バルブステム5の入力部の外周(図示上端外周)に圧入または溶接等の手段を用いて固定されている。
アクチュエータ2は、モータシャフト(モータ軸)7を有するモータMと、このモータMのモータシャフト7の回転を2段減速する減速機構(ギア・トレーン:G)と、この減速機構とヨーク6とを駆動連結する変換機構(リンク機構:R)と、減速機構およびリンク機構の一部を含んで構成されて、モータMの動力をヨーク側に出力する出力部材8と、この出力部材8の回転角度を検出する回転角度検出装置と、バルブステム5に対して、バルブヘッド4を閉じる側(バルブ全閉側)に付勢するリターンスプリング9とを備えている。
ハウジング3は、センサカバー10との間に、アクチュエータ2を収容する凹部を備えている。また、ハウジング3は、バルブヘッド4が着座可能な円環状のバルブシート11、EGRバルブ1を収容するバルブボディ12、モータMを収容するモータケース13、および減速機構を収容するギアケース14等を備えている。
なお、ハウジング3の詳細は、後述する。
モータMは、その軸線方向(以下回転軸方向)に延びるモータシャフト7を有するインナロータ(電機子)と、この電機子の周囲を円周方向に取り囲む筒状のステータと、このステータに対して固定されたブラシホルダに収容保持された一対の給電ブラシ(以下ブラシ)とを備えている。
減速機構は、モータMのモータシャフト7の先端外周に固定されたピニオンギア(入力ギア、モータギア)15、このピニオンギア15と噛み合って回転する中間ギア16、およびこの中間ギア16と噛み合って回転する出力ギア(バルブギア)17、モータシャフト7と並列配置された中間シャフト18、モータシャフト7と中間シャフト18に並列配置された出力シャフト19等によって構成されている。
出力部材8は、モータMの回転動力をバルブステム5を介してバルブヘッド4に伝えるものである。この出力部材8は、モータMの回転動力を受けて回転する出力ギア17と、この出力ギア17の回転中心軸上に設置されて、出力ギア17と一体回転可能に連結した出力シャフト19とを備えている。これらの出力ギア17および出力シャフト19は、減速機構の一部を構成し、また、出力シャフト19は、減速機構の出力軸を構成している。 また、出力部材8は、出力シャフト19と一体回転可能に連結した出力レバー21と、この出力レバー21の突出端部に保持される偏芯ピン(以下ピボットピン)22と、このピボットピン22の外周に回転自在に支持されるボールベアリング(以下フォロア)23とを備えている。これらの出力レバー21、ピボットピン22およびフォロア23は、リンク機構の一部を構成している。
また、出力部材8は、出力シャフト19をその回転方向に摺動可能に支持する2連ボールベアリング24、25と、これらの2連ボールベアリング24、25の外周に圧入固定される円筒カラー26とを備えている。
出力部材8を構成する出力ギア17、出力シャフト19、出力レバー21、ピボットピン22、フォロア23、2連ボールベアリング24、25および円筒カラー26は、予め組み立てられて出力ギアサブアッセンブリの状態で、ハウジング3に組み付けられる。このとき、ピボットピン22およびフォロア23は、ヨーク6のヨーク溝27内に組み込まれる。
ここで、リンク機構は、ヨーク6、出力レバー21、ピボットピン22およびフォロア23等を有している。
EGRバルブ1は、ポペットバルブであって、ハウジング3のバルブシート11に対して着座、離脱してEGRガス流路(入口ポート31→流路孔32〜34→出口ポート35)を閉鎖、開放する円環状のバルブヘッド(バルブ本体)4を備えている。
本実施例では、バルブヘッド4の外周端面(テーパー状(円錐状)のシール面)が、バルブシート11の弁座に着座するバルブフェースとなっている。
EGRバルブ1は、出力部材8の回転変位に連動してEGRバルブ1の中心軸線方向に往復移動するバルブステム5を備えている。
なお、バルブヘッド4とバルブステム5とを一体部品で構成したEGRバルブ1を使用しても良い。
バルブステム5は、EGRバルブ1の中心軸線方向に真っ直ぐに延伸されており、EGRバルブ1とヨーク6を含むリンク機構とに結合されている。このバルブステム5は、モータMのモータシャフト7、中間シャフト18および出力シャフト19に対して垂直な直交方向に延びるように設置されている。
バルブステム5の軸線方向の基端部には、ヨーク6からアクチュエータ2の動力を受ける入力部が設けられている。また、バルブステム5の軸線方向の先端部には、EGRバルブ1へアクチュエータ2の動力を出力する出力部が設けられている。
バルブステム5の出力部の外周(先端外周)には、溶接等の接合手段を用いて環状のバルブヘッド4が固定されている。また、バルブステム5は、その軸線方向の中間部分が、メタルベアリング36を介して、ハウジング3のベアリングホルダ37に摺動自在に支持されている。
ここで、バルブヘッド4、バルブステム5、ヨーク6およびリターンスプリング9は、予め組み立てられてバルブサブアッセンブリの状態で、ハウジング3に組み付けられる。
ところで、EGRガス等の排気ガスには、燃焼残滓やカーボン等の排気微粒子(粒子状物質:PM)が混入している。そのため、バルブステム5の中間部分とベアリングホルダ37との間には、EGRガス中に含まれる粒子状物質(PM)がバルブステム5とメタルベアリング36との間に侵入するのを抑制するためのパイプ38が装着されている。
また、バルブステム5の中間部の外周には、バルブステム5とメタルベアリング36との摺動部を潤滑する潤滑グリースや潤滑オイル油の流出を防止するためのオイルシール39が装着されている。
オイルシール39は、例えばL字状の金属補強環によって補強された密閉シールであって、バルブステム5のラジアル方向およびスラスト方向に弾性変形が可能な合成ゴム製のシールゴム(弾性変形部)を備えている。このオイルシール39は、バルブステム5の周囲を円周方向に取り囲むように、ベアリングホルダ37のシール圧入孔内に設置されている
属補強環は、ベアリングホルダ37のシール圧入孔の壁面に圧入固定される円筒状の外環部を有している。この外環部の外周部分は、ベアリングホルダ37のシール圧入孔に液密的に圧入固定される圧入固定部として使用される。また、外環部は、ベアリングホルダ37の第1段差(底部)に当接することによってオイルシール39の圧入固定位置が規制される。
シールゴムは、バルブステム5の外周面(摺動面)に摺動接触するシールリップを有し、ベアリングホルダ37の内周とバルブステム5の外周との間を液密的および気密的に密閉シールするダストシール機能を有している。このシールゴムは、バルブステム5の周囲を円周方向に取り囲むように、ベアリングホルダ37の内部に設置されている。
ハウジング3には、EGRバルブ1(バルブヘッド4、バルブステム5)、ヨーク6およびリターンスプリング9等を移動可能に収容するバルブボディ12が一体的に形成されている。このバルブボディ12の図示下端側(バルブシート11側)には、結合フランジ(図示せず)が設けられている。この結合フランジは、EGR制御弁の取付部材(固定部材)に取り付けられる結合端面を有し、ボルト等の締結具を用いて固定部材の取付面に締結固定される。これにより、EGR制御弁がエンジン側(車両側)の固定部材に固定される。
バルブボディ12の内部には、EGRガス流路の一部を構成する入口ポート31、流路孔32〜34および出口ポート35が形成されている。
また、バルブボディ12は、入口ポート31と流路孔33とを区画する円筒状の隔壁(仕切り部)にバルブシート11が圧入固定されている。このバルブシート11の開口周縁には、バルブヘッド4が着座可能な円錐台形状(テーパ状)の弁座が形成されている。また、バルブシート11の内部には、入口ポート31と流路孔33とを連通し、且つEGRガスが通り抜ける流路孔(EGR制御弁の弁孔)32が形成されている。
入口ポート31、流路孔32〜34および出口ポート35は、EGRガス(排気ガス)が流通する排気ガス還流経路(流路)を構成している。
バルブボディ12には、メタルベアリング36の外周を保持する円筒状のベアリングホルダ37が一体的に形成されている。このベアリングホルダ37は、メタルベアリング36の周囲を円周方向に取り囲むように配置されている。
メタルベアリング36は、内部に潤滑油(潤滑グリース、潤滑オイル)が含浸された円筒状の焼結含油軸受(第2軸受、メタルブッシュ)である。このメタルベアリング36は、バルブステム5をその移動方向に摺動可能に支持している。このメタルベアリング36の内部には、バルブステム5の外周面をその移動方向に摺動可能に支持する摺動孔が貫通形成されている。また、バルブステム5の外周面とメタルベアリング36の内周面との間には、バルブステム5の円滑な往復移動のための摺動クリアランスが設けられている。
メタルベアリング36は、ベアリングホルダ37の軸受圧入孔の壁面に圧入固定される円筒状の外環部を有している。この外環部の外周部分は、ベアリングホルダ37の軸受圧入孔に気密的に圧入固定される圧入固定部として使用される。また、外環部は、ベアリングホルダ37の第2段差に当接することによってメタルベアリング36の圧入固定位置が規制される。
ベアリングホルダ37は、メタルベアリング36の外環部を保持する円筒状の第2軸受ホルダである。このベアリングホルダ37の内部には、バルブステム5がその移動方向に往復移動可能に嵌挿される弁軸収容孔が設けられている。この弁軸収容孔には、メタルベアリング36の外環部を圧入嵌合する軸受圧入孔、およびオイルシール39の外環部を圧入嵌合するシール圧入孔が設けられている。
ベアリングホルダ37は、メタルベアリング36の周囲を円周方向に取り囲むように円筒状の形成されている。この
ハウジング3、特にバルブボディ12とギアケース14との間には、第1収容室41と第2収容室42とを分断するハウジング壁W1、W2が設けられている。
第1収容室41は、図4において破線で囲まれたEGRバルブ1および変換機構を収容する凹部である。この第1収容室41内に収容されるEGRバルブ1および変換機構とは、少なくともバルブヘッド4、バルブステム5、ヨーク6、出力レバー21、ピボットピン22およびフォロア23等のことである。
第2収容室42は、センサカバー10との間に、図4において破線で囲まれたモータMおよび減速機構を収容する凹部である。この第2収容室42内に収容されるモータMおよび減速機構とは、少なくともモータM、ピニオンギア15、中間ギア16および出力ギア17等のことである。
第2収容室42は、モータMを収容するモータ収容室43、減速機構を収容するギア収容室44を有している。
ハウジング壁W1は、第1収容室41と第2収容室42、特にギア収容室44とを分断している。
ハウジング壁W2は、第1収容室41と第2収容室42、特にモータ収容室43とを分断している。
ここで、ハウジング3には、組み付け時にバルブサブアッセンブリを第1収容室41内に挿入するための開口部が設けられている。この開口部は、プラグまたはキャップ45により塞がれている。また、ハウジング3には、開口部が設けられている。この開口部は、プラグまたはキャップ46により塞がれている。
ハウジング3には、モータMを収容保持する有底円筒状のモータケース13が一体的に形成されている。このモータケース13は、モータMの円筒ヨーク47の周囲を円周方向に取り囲む円筒状の側壁部、およびこの側壁部の一端側で開口し、組み付け時にモータMをモータ収容室43内に挿入するための開口部(モータ挿入口)を有している。このモータ挿入口は、モータMのフロントブラケット48により塞がれている。
フロントブラケット48は、モータケース13のモータ挿入口の開口周縁にボルト等を用いて締結固定されている。これにより、モータMがモータ収容室43内に収容保持される。
ハウジング3には、減速機構を収容するギアケース14が形成されている。このギアケース14には、組み付け時にアクチュエータ2をギア収容室44内に挿入するための開口部を有している。この開口部は、合成樹脂製のセンサカバー10により塞がれている。
センサカバー10には、モータMのフロントブラケット48より突出する一対の第1、第2ブラシターミナル51、52と一対の第1、第2モータターミナル(図示せず)との電気接続を行う内部接続用コネクタと、一対の第1、第2モータターミナルおよびEGR開度センサ53の複数のセンサターミナルと外部回路(ECUやバッテリ)との電気接続を行う外部接続用コネクタが設けられている。
センサカバー10の内面には、一対の第1、第2モータターミナルの一端(内部接続部)を露出して収容する内部接続用コネクタのコネクタケース(図示せず)が設けられている。また、センサカバー10の外面には、一対の第1、第2モータターミナルの他端(外部接続部)、および複数のセンサターミナルの先端(外部接続部)を露出して収容する外部接続用コネクタのコネクタケース54が設けられている。
なお、一対の第1、第2モータターミナルの各中間部および複数のセンサターミナルの大部分は、センサカバー10内にインサート成形されている。また、一対の第1、第2モータターミナルおよび複数のセンサターミナルは、内部接続用コネクタまたは外部接続用コネクタのコネクタターミナル(外部接続端子)を構成している。
次に、本実施例のアクチュエータ2の詳細を図1ないし図11に基づいて説明する。
アクチュエータ2は、EGRバルブ1を閉弁(全閉)方向に付勢するリターンスプリング9と、電力の供給を受けるとEGRバルブ1を往復駆動する回転動力(トルク)を発生するモータMと、このモータMのモータシャフト7の回転を2段減速して出力シャフト19に伝達する減速機構と、この減速機構の出力ギア17の回転往復(回動)運動をEGRバルブ1の直線往復運動(EGRバルブ1の軸線方向の往復運動)に変換する動力変換機構(リンク機構)と、出力シャフト19の回転角度を検出する回転角度検出装置とを備えている。
リターンスプリング9は、バルブステム5の図示上端側の周囲、およびベアリングホルダ37の周囲を渦巻き状(螺旋状)に取り囲むように設置されている。このリターンスプリング9は、バルブステム5の上端側の段差(円環状の段差)に係止される円環状のスプリングシート55のスプリング座部とハウジング3の底部(ベアリングホルダ37の外周側の円筒凹溝の底部)のスプリング座部との間に渦巻き状に巻装されたコイル部を有している。
リターンスプリング9は、バルブステム5に対して、バルブヘッド4を閉弁作動方向に付勢する弾性力を発生するコイル状のコンプレッションスプリングである。
リターンスプリング9のコイル部の巻回方向の一端側は、スプリングシート55のスプリング座部に係止または保持されている。
リターンスプリング9のコイル部の巻回方向の他端側は、ハウジング3のスプリング座部に係止または保持されている。
なお、ベアリングホルダ37は、リターンスプリング9のコイル部のコイル内径をガイド(保持)するスプリング内周ガイドとしての機能を有している。
次に、本実施例のモータMの詳細を図1ないし図11に基づいて説明する。
モータMは、ハウジング3に一体的に形成された有底筒状のモータケース13のモータ収容室43内に収容保持されている。円筒ヨーク47のフロント側には、フロントブラケット48が接続されている。
モータMは、アウタステータの内周側にインナロータが相対回転可能に配置されるブラシ付きのDCモータであり、回転軸方向に真っ直ぐに延びるモータシャフト7を有する電機子と、この電機子の周囲を円周方向(モータ周方向)に取り囲む筒状のステータと、このステータに対して固定されたブラシホルダと、電機子の整流子(コンミテータ)に押圧接触して電機子コイルに対する給電を行う一対の第1、第2ブラシとを備えている。
ステータは、電機子のモータシャフト7を回転可能に収容する有底円筒状の円筒ヨーク47、およびこの円筒ヨーク47の内周面に固定された複数の永久磁石(界磁マグネット)を有している。
電機子は、ステータの半径方向外側に所定のギャップを介して設置されている。この電機子は、円筒ヨーク47の軸受支持部(ベアリングホルダ)およびプレート状のフロントブラケット48の軸受支持部(ベアリングホルダ)に軸受(ベアリング)を介して、回転自在に支持されたモータシャフト7と、このモータシャフト7の回転軸方向に磁性鋼板を複数積層して形成された電機子鉄心(電機子コア)と、この電機子コアに巻装される電機子巻線(電機子コイル、ロータコイル)と、一対の第1、第2ブラシに押圧接触される整流子(コンミテータ)とを有している。
一対の第1、第2ブラシのうちの一方の第1ブラシは、第1ブラシターミナル51、外部接続用コネクタの第1ターミナルを含む電力供給ラインを介して、自動車等の車両に搭載された外部電源(バッテリ)の正極側(VCC側)に電気接続されている。また、他方の第2ブラシは、第2ブラシターミナル52、外部接続用コネクタの第2ターミナルを含む電力供給ラインを介して、外部電源(バッテリ)の負極側(グランド側、GND側)に電気接続されている。
2つの第1、第2ブラシターミナル51、52は、電機子コイルに接続する第1、第2ブラシ(導体)に導通接合される内部接続部を有している。また、2つの第1、第2ブラシターミナル51、52の各外部接続部は、フロントブラケット48を貫通して第2収容室42、特にモータ収容室43内に突出している。この突出した部分が、外部接続用コネクタの第1、第2モータターミナルと導通接合される。
ここで、アクチュエータ2の動力源であるモータMは、ECUによって電子制御されるモータ駆動回路を介して、外部電源(バッテリ)に電気的に接続されている。
ECUには、制御処理や演算処理を行うCPU、制御プログラムや各種制御データ(マップ等)を保存する記憶装置(ROMやRAM等のメモリ)、入力回路(入力部)、出力回路(出力部)、電源回路、タイマー等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。
ECUは、イグニッションスイッチがオン(IG・ON)されると、マイクロコンピュータのメモリに格納された制御プログラムに基づいて、EGR制御弁のモータMを通電制御するように構成されている。
ECUは、EGR開度センサ53、エアフロメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、吸気温度センサ、冷却水温度センサおよび排気ガスセンサ(空燃比センサ、酸素濃度センサ)等の各種センサからのセンサ出力信号が、A/D変換回路によってA/D変換された後に、マイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
回転角度検出装置は、出力ギア17の円筒ボス56に一体回転可能に設けられた円筒状の磁気回路部と、この磁気回路部の回転角度を測定してEGR制御弁のバルブ開度を検出するEGR(バルブ)開度センサ53とを備え、磁気回路部とEGR開度センサ53との相対回転角度の変化をEGR開度センサ53に磁気回路部から与えられる磁気変化によって検出する。
EGR開度センサ53は、センサカバー10のセンサ搭載部に設置されている。このEGR開度センサ53は、半導体ホール素子の感磁面を鎖交する磁束密度に対応したアナログ電圧信号をECUへ向けて出力するホールICを主体として構成されている。なお、ホールICの代わりに、ホール素子単体、磁気抵抗素子等の非接触式の磁気検出素子を使用しても良い。
磁気回路部は、円筒ボス56の内周に接着剤等により固定されている。なお、円筒ボス56が合成樹脂の場合には、磁気回路部が円筒ボス56にインサート成形されていても構わない。この磁気回路部は、円筒ボス56の直径方向に2分割された一対の部分円筒状ヨーク57と、このヨーク57の分割部(対向部)に同一方向に磁極が向いて配置された一対のマグネット(永久磁石)58とを備えている。
次に、本実施例の減速機構の詳細を図1ないし図11に基づいて説明する。
減速機構は、上述したように、ピニオンギア15、中間ギア16、出力ギア17、中間シャフト18および出力シャフト19を備えている。
また、3つの減速ギアは、ギアケース14の凹部とセンサカバー10の凹部との間に形成される内部空間であるギア収容室44内に回転自在に収容されている。
ピニオンギア15は、金属または合成樹脂によって一体的に形成されている。このピニオンギア15は、モータシャフト7の先端外周に圧入嵌合等により固定されている。
中間ギア16は、金属または合成樹脂によって一体的に形成されている。この中間ギア16は、中間シャフト18の外周に相対回転可能に嵌め合わされている。
また、中間ギア16は、中間シャフト18の外周に回転自在に嵌め合わされて、中間シャフト18の中心軸線周りに回転する円筒部を有している。この円筒部の軸線方向の一端部には、ピニオンギア15と噛み合う大径ギア(中間ギア歯)61が形成されている。また、円筒部の軸線方向の他端部には、出力ギア17と噛み合う小径ギア(中間ギア歯)62が形成されている。
出力ギア17は、金属または合成樹脂によって一体的に形成されている。この出力ギア17の内周部には、円筒状の円筒ボス56が一体的に形成されている。また、出力ギア17は、円筒ボス56よりも半径方向の外側に部分円筒状(扇状)の歯形成部63を有している。この歯形成部63の外周には、中間ギア16の小径ギア62と噛み合う出力ギア歯64が所定の角度分だけ扇状に形成されている。また、歯形成部63の内周部と外周部との間(歯形成部63の中間部)には、円弧状の段差が設けられている。
出力ギア17には、円筒ボス56の一端側(バルブ側)の開口部を塞ぐように結合部65が一体的に設けられている。この結合部65は、円筒ボス56よりも肉厚が薄い円環状を呈する。また、結合部65の中央部には、2面幅(出力シャフト19の空回りを防ぐ構造、回り止め構造)を有する嵌合孔66が貫通形成されている。この嵌合孔66には、出力シャフト19の入力部(出力シャフト19の第1突出軸部)が回り止めされた状態で嵌合固定されている。
出力ギア17は、円筒ボス56の外周と歯形成部63の内周との間に、円筒カラー26の外径を覗くことが可能な円弧状窓67を有している。この円弧状窓67は、ハウジング3のハウジング壁W1に対する円筒カラー26の組み付け時(圧入時)に、円筒カラー26の環状端面を保持する押圧治具の一部を挿入することが可能となっている。
中間シャフト18は、金属または合成樹脂によって一体的に形成されている。この中間シャフト18の軸線方向の一端は、ハウジング3のギアケース14の円筒ボスの嵌合凹部に圧入嵌合(固定)されている。また、中間シャフト18の軸線方向の他端は、センサカバー10の円筒ボスの嵌合凹部に嵌め込まれている。
出力シャフト19は、金属によって一体的に形成されている。この出力シャフト19は、円筒カラー26および2連ボールベアリング24、25を介して、ハウジング3のハウジング壁W1の内部に回転自在または摺動自在に収容されている。
出力シャフト19は、その回転軸方向の両側に第1、第2突出軸部(径小軸部)をそれぞれ備えている。また、第1、第2突出軸部間には、ハウジング3のハウジング壁W1の軸受収容孔(後述する)内に配置される軸方向部(中間軸部、第1、第2突出軸部よりも外径が大きい径大軸部)が設けられている。
第1突出軸部は、出力シャフト19の軸線方向(回転軸方向)の基端側(入力部)に設けられて、2面幅を有している。なお、第1突出軸部が四角形状の断面を有しても良い。 第2突出軸部は、出力シャフト19の軸線方向の先端側(出力部)に設けられて、円形の断面を有している。なお、第2突出軸部に2面幅を設けても良い。
出力シャフト19の中間軸部の外周には、2連ボールベアリング24、25の各内輪が圧入嵌合によって嵌合保持されている。
次に、本実施例のリンク機構の詳細を図1ないし図11に基づいて説明する。
リンク機構は、上述したように、ヨーク6、出力レバー21、ピボットピン22およびフォロア23等を有している。
ヨーク6は、金属によって一体的に形成されている。このヨーク6は、フォロア23を介してピボットピン22からモータMの回転動力を受けてバルブステム5の軸線方向に往復移動する。また、ヨーク6は、バルブステム5と一体移動可能に連結している。
ヨーク6は、フォロア23を介して出力部材8の動力を受ける断面コの字状の入力部、およびバルブステム5へ出力部材8の動力を伝える出力部を有している。
ヨーク6の入力部の内部には、図6および図7に示したように、平行な2つの平坦な溝側面を凹曲面(溝底面)で繋いだU字状のヨーク溝27が形成されている。このヨーク溝27は、少なくとも2面の側面で開口し、2面のうちの1面の側面の開口部70から奥側まで延びる凹溝である。また、ヨーク溝27は、ピボットピン22に支持されたフォロア23を着脱自在に挿入することが可能な軸方向溝(出力シャフト19の回転軸方向と平行な方向に延びる凹溝)を備えている。つまりヨーク6の入力部は、フォロア23を摺動または滑動可能に収容するU字状のフォロア収容部(または係合部)を構成する。
なお、ヨーク溝27の開口側から奥側までの溝深さは、フォロア23の直径よりも大きくなっている。また、凹曲面の曲率半径は、フォロア23の外周面の曲率半径と略同じか、あるいは大きくなっている。
ヨーク6の入力部は、組み付け時にピボットピン22およびフォロア23が挿入される挿入方向に対向する2面の他に、少なくとも4面の第1〜第4側面を有する多面体形状(断面コの字状)を呈している。
なお、ヨーク6の入力部をフォロア23の周囲を円周方向に取り囲むように断面円環状に形成しても良い。
ヨーク溝27は、ヨーク6に対する出力部材8、特にフォロア23の組み付け時に、出力部材8を直線移動させながらヨーク溝27内にフォロア23を挿入するための開口部71を有している。この開口部71は、バルブステム5の軸線方向に対して直交する垂直方向、特に組み付け時にピボットピン22およびフォロア23が挿入される挿入方向に対して反対方向に向かって開放されている。
また、開口部71には、図2、図5、図9〜図11に示したように、ヨーク6の開口側からヨーク溝27の奥側へ向かって徐々に開口面積が小さくなると共に、フォロア23をヨーク溝27内に誘導(案内)するテーパガイド面72が設けられている。
ヨーク6の出力部には、有底円(または角)筒状の嵌合部74が一体的に設けられている。この嵌合部74の内部には、バルブステム5の軸線方向の基端部(入力部)が圧入嵌合される圧入溝75が形成されている。この圧入溝75は、ヨーク6に対するバルブステム5の組み付け時に、バルブステム5を直線移動させながら圧入溝75にバルブステム5の入力部を挿入するための開口部を有している。
入力部には、ピボットピン22の先端面を覗くことが可能なスリットを有し、フォロア23が対向する対向面が設けられている。また、入力部の第1側面には、バルブステム5の軸線方向に対して直交する垂直方向に向かって開口した側方開口部76が設けられている。また、入力部の内周には、フォロア23の収容位置を規制する段差77が設けられている。
なお、バルブステム5の軸線方向の基端部(入力部)をヨーク6の嵌合部74にかしめまたは溶接等の手段を用いて固定しても良い。また、バルブステム5とヨーク6を一体部品で構成しても良い。
出力レバー21は、金属によって一体的に形成されている。この出力レバー21は、出力シャフト19の半径方向外側に突出するように設けられている。また、出力レバー21は、出力シャフト19とピボットピン22およびフォロア23とを駆動連結して、モータMの回転動力をピボットピン22とフォロア23に伝達するリンクレバーである。
また、出力レバー21の基端部には、出力シャフト19の第2突出軸部がその軸線方向に貫通するように圧入嵌合する第1嵌合孔がそれぞれ設けられている。これにより、出力レバー21が出力シャフト19と一体回転可能に連結される。
また、出力レバー21の先端部には、ピボットピン22がその軸線方向に貫通するように圧入嵌合する第2嵌合孔がそれぞれ設けられている。これにより、ピボットピン22が出力レバー21と一体回転可能に連結される。第2嵌合孔は、出力シャフト19の第2突出軸部の回転中心軸から所定の距離だけ偏芯した位置に設けられている。
ピボットピン22は、金属によって形成されており、出力レバー21の第2嵌合孔に打ち込まれて出力レバー21の出力部に圧入固定されている。このピボットピン22は、フォロア23を回転自在に支持している。このピボットピン22は、フォロア23と共に、ヨーク6のヨーク溝27内に挿入される。
フォロア23は、ピボットピン22の外周に圧入固定される内輪、ヨーク6のヨーク溝27の溝側面に摺動接触する外輪、および内輪と外輪との2つの軌道輪の間に滑動自在に収容される複数の鋼球を備えたボールベアリングである。
フォロア23は、ピボットピン22の外周に回転自在に支持されて、ヨーク6のヨーク溝27内に摺動(転動)可能に挿入されている。このフォロア23は、出力シャフト19の第2突出軸部の回転中心軸から所定の距離だけ偏芯した位置に設けられている。
次に、本実施例のハウジング3のハウジング壁W1、W2の詳細を図4および図5に基づいて説明する。
ハウジング3には、第1収容室41と第2収容室42とを分断するハウジング壁W1、W2が設けられている。
ハウジング壁W1は、ハウジング3の内壁部から第1収容室41側へ突出するように設けられたスリーブ状の隔壁である。ここで、第1収容室41の内部には、EGRバルブ1、特にバルブステム5、ヨーク6、出力レバー21、ピボットピン22およびフォロア23が移動可能に収容されている。また、第2収容室42の内部には、モータMおよび減速機構(ピニオンギア15、中間ギア16、出力ギア17等)が収容されている。
ところで、上述したように、出力シャフト19の中間軸部の外周には、2連ボールベアリング24、25の各内輪が圧入嵌合によって嵌合保持されている。
そして、ハウジング壁W1は、円筒カラー26を介して、2連ボールベアリング24、25を保持するベアリングホルダ(第1軸受ホルダ)81を備え、環状の連結壁(連結部)82を介してハウジング3の外壁部83に繋がっている。
ベアリングホルダ81は、出力シャフト19の中間軸部、2連ボールベアリング24、25および円筒カラー26の周囲を取り囲むように円筒状に形成されている。このベアリングホルダ81の内部には、出力部材8、特に出力シャフト19の回転軸方向(軸線方向)に真っ直ぐに延びる軸受収容孔(軸方向孔)84が形成されている。この軸受収容孔84は、出力シャフト19が回転可能に嵌挿されるシャフト収容孔を構成している。
軸受収容孔84は、2連ボールベアリング24、25および円筒カラー26を収容するカラー収容孔を備えている。このカラー収容孔は、円筒カラー26の外環部が圧入されるカラー圧入孔であり、しかも円筒カラー26を介して2連ボールベアリング24、25の各外輪が圧入されるベアリング圧入孔を構成している。各圧入孔は、軸受収容孔84と同一軸芯上に形成されている。
また、ベアリングホルダ81の内周には、円筒カラー26を係止する段差が設けられている。
2連ボールベアリング24、25は、ベアリングホルダ81の軸受収容孔84内に収容されて、出力部材8の出力シャフト19をその回転方向に摺動可能に支持する第1軸受(ころがり軸受)である。
2連ボールベアリング24、25は、出力シャフト19の中間軸部の外周に圧入固定される内輪、円筒カラー26の内周に圧入固定される外輪、および内輪と外輪との2つの軌道輪の間に滑動自在に収容される複数の鋼球を備えている。
2連ボールベアリング24、25の各内輪は、出力シャフト19の中間軸部の外周に気密的に圧入固定される圧入固定部を構成している。
2連ボールベアリング24、25の各外輪は、円筒カラー26の内周に気密的に圧入固定される圧入固定部を構成している。
また、2連ボールベアリング24、25は、2つの軌道輪の間で、且つ鋼球よりも回転軸方向の両端側にそれぞれ装着された2つのリップシール(シール材)、および複数の鋼球の脱落を防止するための2つのリテーナを備えている。
なお、鋼球の代わりに、コロ等の転動体を用いても良い。また、2つのリップシールの代わりに、金属製の補強材(取付リング)を用いても良い。
本実施例の円筒カラー26は、金属または合成樹脂によって一体的に形成されている。この円筒カラー26は、2連ボールベアリング24、25の各外輪の外周とハウジング3のハウジング壁W1の内周との間に圧入固定される。また、円筒カラー26は、出力レバー21、ピボットピン22およびフォロア23を包む、出力シャフト19の軸芯(回転中心軸)を中心とした包絡円以上の外径を有している。
円筒カラー26は、2連ボールベアリング24、25の各外輪の外周に気密的に圧入固定される圧入固定部を構成している。また、円筒カラー26は、ハウジング壁W1の内周に気密的に圧入固定される圧入固定部を構成している。
円筒カラー26は、ハウジング壁W1の段差に当接することによって2連ボールベアリング24、25および円筒カラー26の圧入固定位置が規制される。
円筒カラー26は、2連ボールベアリング24、25の各外輪の外周とハウジング3のハウジング壁W1の内周との間に圧入されている。
円筒カラー26の内部には、出力シャフト19の周囲を円周方向に取り囲む軸受収容孔85が形成されている。円筒カラー26の内周には、軸受収容孔85と同一軸芯上に形成された2つの第1、第2圧入孔を有している。これらの第1、第2圧入孔には、出力シャフト19の回転軸方向に隣合うように設けられている。2つの第1、第2圧入孔には、2連ボールベアリング24、25の外環部である各外輪が圧入固定される。
なお、2つの第1、第2圧入孔が出力シャフト19の回転軸方向に隣設して所定距離隔てて設けられていても良い。
[実施例1の組付方法]
次に、本実施例のEGR制御弁の組付方法を図1ないし図11に基づいて簡単に説明する。ここで、図9ないし図11は、フォロアとヨークとの嵌合方法を示した工程図である。
先ず、図9に示したように、ハウジング3に出力部材8を組み付ける前に、予めEGRバルブ1、ヨーク6、リターンスプリング9、バルブシート11、メタルベアリング36、パイプ38、オイルシール39およびスプリングシート55をハウジング3に組み付ける(組付工程1)。
次に、図8および図9に示したように、磁気回路部(一対のヨーク57、一対のマグネット58)が固定された出力ギア17の嵌合孔66に、出力シャフト19の第1突出軸部を嵌合した後に、嵌合孔66を通り抜けて円筒ボス56内に突出した突出部分を鍔状にカシメることにより、出力シャフト19の第1突出軸部に出力ギア17を固定する。
次に、出力シャフト19の中間軸部の外周に2連ボールベアリング24、25の内輪を圧入固定する。
次に、2連ボールベアリング24、25の外輪の外周に円筒カラー26を圧入固定する。
なお、出力シャフト19の中間軸部の外周に組み付ける前に、2連ボールベアリング24、25と円筒カラー26を組み付けておいても構わない。
次に、出力シャフト19の第2突出軸部の外周に、出力レバー21の第1嵌合孔を嵌合することにより、出力シャフト19の第2突出軸部に出力レバー21を固定する。
次に、出力レバー21の第2嵌合孔にピボットピン22を打ち込んで、第2嵌合孔より突出した部分の外周にフォロア23を圧入固定する。
以上のようにして、出力ギア17、出力シャフト19、出力レバー21、ピボットピン22、フォロア23、2連ボールベアリング24、25および円筒カラー26を組み立てて、これらをユニット(サブアッシー)化した出力部材8を構成する(組付工程2)。
次に、センサカバー10をギアケース14の開口部から外しておき、出力ギア17の円弧状窓67を一部が貫通する押圧治具を、円筒カラー26の環状端面に押圧しながら、ギアケース14の開口部側から出力部材8をその回転軸方向(図9において図示矢印方向)に沿うように真っ直ぐにハウジング3の内部に押し込む。
このとき、図10に示したように、円筒カラー26の外周がハウジング壁W1の軸受収容孔85に圧入固定される。
次に、フォロア23が、図11に示したように、ヨーク6のテーパガイド面72と接触し、このテーパガイド面72によってヨーク溝6内に誘導されてスムーズにフォロア23がヨーク溝6内に挿入される。
以上のようにして、ヨーク6のヨーク溝27とピボットピン22およびフォロア23とが所定の係合位置で嵌合(係合)した状態で、ハウジング3にEGRバルブ1、ヨーク6および出力部材8とが組み付けられる(組付工程3)。
[実施例1の作用]
次に、本実施例のEGR制御弁の作動を図1ないし図8に基づいて簡単に説明する。
本実施例のEGRバルブ1を駆動するモータMは、ECUによって通電制御されるように構成されている。
ここで、モータMへの電力供給が成されない場合には、リターンスプリング9の付勢力(スプリング荷重)によって、バルブステム5の軸線方向の出力部(先端外周)に溶接固定されたバルブヘッド4のシール面がバルブシート11の弁座に着座する。
したがって、ハウジング3のバルブボディ12内に形成される流路孔32〜34が閉鎖される。これにより、EGRガスが、エアクリーナを通過した清浄な吸気(新気)に混入しない(EGRカット)。
次に、EGR制御弁を開弁させるような運転状況(エンジンの運転状況)になると、EGRバルブ1が運転状況に対応した所定のバルブ開度(リフト量またはストローク量)に開弁するように開弁作動させる。
そして、モータMに電力を供給し、モータMのモータシャフト7を開弁作動方向に回転させる。これにより、モータMの回転動力(トルク)が、ピニオンギア15、中間ギア16および出力ギア17に伝達される。そして、出力ギア17からトルクが伝達された出力シャフト19が、出力ギア17の回転に伴って所定の回転角度だけ開弁作動方向に回転する。
そして、出力シャフト19からトルクが伝達された出力レバー21が、出力シャフト19の回転に伴って所定の回転角度(出力ギア17の作動角度と等しいカム角度)だけ開弁作動方向に回転する。
ここで、出力レバー21の突出端部、つまり出力シャフト19の回転中心軸から所定の距離だけ偏芯した位置にピボットピン22が取り付けられている。そして、ピボットピン22に支持されたフォロア23は、出力シャフト19および出力レバー21が回転すると、フォロア23の外周部(外輪)がヨーク6のヨーク溝27の溝側面と摺動接触することにより、回転運動が直線運動に変換される。
そして、リターンスプリング9の付勢力に抗して、バルブステム5およびヨーク6が移動方向に移動する。このとき、ハウジング3のメタルベアリング36によってバルブステム5がその移動方向に案内(ガイド)されているので、バルブステム5がその軸線方向のバルブ開側へ直線移動する。
そして、バルブステム5の直線移動に伴って、バルブステム5の出力部の外周(先端外周)に固定されたバルブヘッド4が、ハウジング3のバルブシート11の弁座より離脱して、エンジンの運転状況に対応した所定のリフト量またはストローク量分だけリフトする。
以上のように、エンジンの運転状況に対応して、モータMへの供給電力(駆動電流値または印加電圧値)を可変制御することで、EGR制御弁のバルブ開度を変化させることにより、エアクリーナを通過した清浄な吸気(新気)に対する、EGRガスの導入量(混入量)が調節される。すなわち、EGRバルブ1は、制御目標値に相当するバルブ開度に開弁制御される。つまりEGRガス流路(流路孔32〜34)が開放される。
したがって、エンジンの各気筒より流出した排気ガスの一部であるEGRガスが、排気管内に形成される排気通路の分岐部から、EGRガス流路を経由して、吸気管内に形成される吸気通路の合流部へ再循環される。これにより、エンジンの各気筒に供給される吸気にEGRガスが混入される。
これによって、排気ガス中に含まれる有害物質(例えばNOx等)が低減される。
[実施例1の効果]
ここで、特許文献1に記載のEGR制御弁(従来のEGR制御弁)においては、出力ギアとエキセンとの間にハウジング壁が存在しておらず、エキセンシャフトをその回転方向に摺動可能に支持する軸受(ベアリング)を配置することが困難であった。これにより、エキセンシャフトが軸振れするため、中間ギアと出力ギアとの噛み合いが悪く、電動モータの動力が効率良くエキセンおよびポペットバルブに伝わらないという問題があった。
また、従来のEGR制御弁においては、エキセンと連結リンクとが直接接触しているため、摺動ロスが大きく、電動モータの動力が効率良くポペットバルブに伝わらないという問題があった。
また、従来のEGR制御弁においては、エキセンと連結リンクとを組み付ける場合、エキセンと連結リンクとを組み付けが困難であり、EGR制御弁の生産性が悪いという問題があった。
そこで、本実施例のEGR制御弁においては、出力部材8の出力シャフト19を回転可能に支持する2連ボールベアリング24、25の配置が容易で、モータMの回転動力をEGRバルブ1およびヨーク6に効率良く伝達することができ、且つ減速機構の中間ギア16と出力ギア17との噛み合い状態を改善するという目的、また、フォロアとヨークとの組み付けが容易となるという目的で、上述した構成を採用している。
具体的には、EGRバルブ1およびアクチュエータ2を内蔵するハウジング3に、EGRバルブ1およびリンク機構を収容する第1収容室41とモータMおよび減速機構を収容する第2収容室42とを分断するハウジング壁W1、W2を設けている。そして、ハウジング壁W1に、円筒カラー26を介して、出力シャフト19を回転可能に支持する2連ボールベアリング24、25、およびこの2連ボールベアリング24、25の各外輪の外周を保持する円筒状のベアリングホルダ81を設けている。
すなわち、第1収容室41と第2収容室42とを分断するハウジング壁W1にベアリングホルダ81を一体的に設けることにより、2連ボールベアリング24、25、円筒カラー26およびベアリングホルダ81の配置が非常に容易となる。これにより、出力シャフト19の軸振れを抑制することができるので、出力ギア17にモータMの回転動力を伝えるモータ側の中間ギア16と出力ギア17との噛み合いが良くなる。したがって、モータMの回転動力をEGRバルブ1を構成するバルブヘッド4とバルブステム5、およびヨーク6に効率良く伝達することができる。
また、ハウジング3に、第1収容室41と第2収容室42とを分断するハウジング壁W1、W2を設けたことにより、外部接続用コネクタの第1、第2モータターミナルとの電気接続を行う、第1、第2ブラシターミナル51、52の外部接続部(導通接合部)を有するモータM、および中間ギア16との噛み合いによって中間ギア16からモータMの回転動力を受けて回転する出力ギア17を、EGRバルブ1、ヨーク6、出力レバー21、ピボットピン22およびフォロア23等よりなるバルブサブアッセンブリ(バルブシャフト部)と気密的および液密的に分断することができる。
これにより、EGRバルブ1のバルブステム5の外周とハウジング3のベアリングホルダ37に保持されたオイルシール39のシールゴム(シール部)との隙間を通って流路孔32〜34側から第1収容室41内へ漏れ出す微量な腐食性ガス(排気ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)、亜硫酸ガス(SO2 )、窒素酸化物(NOx)等の腐食性ガス)が第2収容室42に侵入することを防止することができる。
したがって、モータMの第1、第2ブラシターミナル51、52と外部接続用コネクタの第1、第2モータターミナルとの導通接合部の導通不良または接触の悪化を防止することができる。
また、2連ボールベアリング24、25の各外輪の外周に円筒カラー26を圧入することにより、出力部材8がサブアッセンブリの状態で組み立てられる。
また、円筒カラー26の外径を、出力レバー21、ピボットピン22およびフォロア23を包む、出力シャフト19の軸芯(回転中心軸)を中心とした包絡円以上としている。 また、ヨーク6の開口部71にフォロア案内用のテーパガイド面72を設けている。
これによって、円筒カラー26をハウジング3のハウジング壁W1に圧入する時に、出力シャフト19の軸線方向からフォロア23をヨーク溝27へ挿入可能となるため、ヨーク6に対するピボットピン22およびフォロア23の組み付けが容易となる。これにより、EGRバルブ1およびハウジング3に対する出力部材8の組み付けが容易となるので、EGR制御弁の生産性を向上することができる。
また、ハウジング3のハウジング壁W1がアルミダイカスト製の場合、円筒カラー26に2連ボールベアリング24、25の各外輪と同様の弾性係数、線膨張係数の材料(例えばステンレス鋼等)を使用することで、ハウジング3のハウジング壁W1の内周(ベアリングホルダ81の軸受収容孔84)に円筒カラー26を圧入した場合でも、2連ボールベアリング24、25の各外輪および円筒カラー26が例えば肉厚方向に変形し難くなるので、円筒カラー26を圧入後の軌道輪間の隙間(ベアリング内部隙間)の縮小化防止による転動体(ボール)の面圧低減効果を備える。
また、出力ギア17の円筒ボス56の外周と歯形成部63の内周との間に、円筒カラー26の外径を覗くことが可能な円弧状窓67を設けたことにより、ハウジング3のハウジング壁W1の内周(ベアリングホルダ81の軸受収容孔84)に円筒カラー26を圧入する時に、円筒カラー26の環状端面を保持する押圧治具の一部が挿入可能となるため、ハウジング壁W1に対する円筒カラー26の斜め圧入を抑制することができる。
また、モータMの側面にEGRバルブ1のバルブステム5を配置することができるので、EGR制御弁の体格をコンパクトにできる。
[実施例2の構成]
図12ないし図15は、本発明を適用した内燃機関の排気ガス循環装置(EGRシステム)に使用されるEGR制御弁(実施例2)を示したものである。ここで、実施例1と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
本実施例のアクチュエータ2のリンク機構は、実施例1と同様に、ヨーク6、出力レバー21、ピボットピン22およびフォロア23等によって構成されている。
ヨーク6は、フォロア23を介して、ピボットピン22からモータMの回転動力を受けてバルブステム5の軸線方向に往復移動すると共に、バルブステム5の軸線方向の基端部(入力部)に嵌合部74が圧入嵌合されることで、EGRバルブ1と一体移動可能に連結している。つまりヨーク6は、モータMの回転動力を直線運動に変換してEGRバルブ1を往復駆動する。
ヨーク6の入力部には、ピボットピン22に支持されたフォロア23を着脱自在に挿入可能なU字状のヨーク溝27が設けられている。このヨーク溝27は、少なくとも2面の側面で開口し、2面のうちの1面の側面の開口部91から奥側まで延びる凹溝である。また、この凹溝は、ピボットピン22に支持されたフォロア23を着脱自在に挿入することが可能な径方向溝(バルブステム5の軸線方向に対して直交する垂直方向に延びる凹溝)である。
ヨーク6の入力部は、出力部材9の回転軸方向に平行な方向に対向する2面の他に、少なくとも4面の第1〜第4側面を有する多面体形状(断面コの字状)を呈している。
出力部材9の回転軸方向に平行な方向に対向する2面には、ヨーク溝27と略同一形状(U字状)のスリット(開口部)が設けられ、このスリットからフォロア23を覗くことができる。
また、入力部の第1側面には、バルブステム5の軸線方向に対して直交する垂直方向に向かって開口した側方開口部が設けられている。
ヨーク溝27は、ヨーク6に対する出力部材8、特にフォロア23の組み付け時に、出力部材8を回転させながらヨーク溝27内にフォロア23を挿入するための開口部91を有している。この開口部91は、ヨーク溝27の長手方向の一端で開口し、且つEGRバルブ1のバルブステム5の軸線方向に対して直交する垂直方向、特に組み付け時にピボットピン22およびフォロア23が挿入される挿入方向に対して反対方向に向かって開放されている。
また、開口部91には、その開口側からヨーク溝27の奥側へ向かって徐々に開口面積が小さくなると共に、フォロア23をヨーク溝27内に誘導(案内)するテーパガイド面92が設けられている。
[実施例2の組付方法]
次に、本実施例のEGR制御弁の組付方法を図12ないし図15に基づいて簡単に説明する。ここで、図12ないし図15は、フォロアとヨークとの嵌合方法を示した工程図である。
先ず、図12に示したように、バルブステム5にバルブヘッド4を溶接固定する前に、予めバルブステム5、ヨーク6、リターンスプリング9、バルブシート11、メタルベアリング36、パイプ38、オイルシール39およびスプリングシート55をハウジング3に組み付ける(組付工程1)。
次に、図12に示したように、予め出力ギア17、出力シャフト19、出力レバー21、ピボットピン22、フォロア23、2連ボールベアリング24、25および円筒カラー26を組み立て、これらをユニット(サブアッシー)化した出力部材8を構成する(組付工程2)。
次に、センサカバー10をギアケース14の開口部から外しておき、出力ギア17の円弧状窓67を一部が貫通する押圧治具を、円筒カラー26の環状端面に押圧しながら、ギアケース14の開口部側から出力部材8をその回転軸方向に沿うように真っ直ぐにハウジング3の内部に押し込む。
これにより、円筒カラー26の外周がハウジング壁W1の軸受収容孔85に圧入固定される。このとき、ヨーク6のヨーク溝27にピボットピン22およびフォロア23が嵌合しないように、つまりフォロア23がヨーク6の入力部にぶつからないように、予め出力シャフト19および出力レバー21を図12において図示左回転方向に回しておく(組付工程3)。
次に、出力シャフト19および出力レバー21を図13において図示右回転方向に回転させると、フォロア23がヨーク6の開口部91に入り込む。そして、フォロア23をヨーク6のテーパガイド面92に当接させることで、フォロア23の外周にヨーク6が乗り上げるため、ヨーク6がバルブステム5を伴って少しだけ図13において図示上方側へリフトする(組付工程4)。
次に、出力シャフト19および出力レバー21を図14において図示右回転方向に回転させると、フォロア23がヨーク6のヨーク溝27内に挿入される(組付工程5)。
次に、出力シャフト19および出力レバー21を図15において図示右回転方向に回転させて、ヨーク6のヨーク溝27の奥側まで入り込んだ段階で、バルブステム5にバルブヘッド4を溶接固定する。
以上のようにして、ヨーク6のヨーク溝27とピボットピン22およびフォロア23とが所定の係合位置で嵌合(係合)した状態で、ハウジング3にEGRバルブ1、ヨーク6および出力部材8とが組み付けられる(組付工程6)。
[実施例2の効果]
以上のように、本実施例のEGR制御弁においては、EGR制御弁のハウジング3に、EGRバルブ1および変換機構を収容する第1収容室41とモータMおよび減速機構を収容する第2収容室42とを分断するハウジング壁W1、W2を設け、更に、ハウジング壁W1に、円筒カラー26を介して、出力シャフト19を回転可能に支持する2連ボールベアリング24、25、およびこの2連ボールベアリング24、25の各外輪の外周を保持する円筒状のベアリングホルダ81を設けているので、実施例1と同様な効果を達成することができる。
また、ヨーク6の入力部は、2面の対向面の他に、少なくとも4面の第1〜第4側面を有する多面体形状(断面コの字状)を呈している。
また、2連ボールベアリング24、25の各外輪の外周に円筒カラー26を圧入することにより、出力部材8がサブアッセンブリの状態で組み立てられる。
また、円筒カラー26の外径を、出力レバー21、ピボットピン22およびフォロア23を包む、出力シャフト19の軸芯(回転中心軸)を中心とした包絡円以上としている。 また、ヨーク6の開口部91にフォロア案内用のテーパガイド面92を設けている。
これによって、ピボットピン22およびフォロア23がヨーク6のヨーク溝27と嵌合しない位置(外れた位置)で、2連ボールベアリング24、25の各外輪の外周とハウジング3のハウジング壁W1の内周との間に円筒カラー26が圧入固定されるように、ハウジング3に出力部材8を組み付けた後に、出力シャフト19および出力レバー21を図示右回転方向に回転させることで、ヨーク6のヨーク溝27にピボットピン22およびフォロア23を摺動可能に挿入することができる。
これにより、ヨーク6に対するピボットピン22およびフォロア23の組み付けが容易となる。これにより、EGRバルブ1およびハウジング3に対する出力部材8の組み付けが容易となるので、EGR制御弁の生産性を向上することができる。
[変形例]
本実施例では、本発明の排気装置に使用される排気制御弁を、内燃機関の排気ガス循環装置に組み込まれるEGR制御弁に適用しているが、本発明の排気装置に使用される排気制御弁を、内燃機関の排気装置に組み込まれるウェイストゲート弁、スクロール切替弁、排気流量制御弁、排気圧力制御弁、排気切替弁、排気絞り弁等に適用しても良い。
また、EGR制御弁や排気制御弁の弁体として、ポペットバルブを採用しているが、バルブとシャフトとの間にリンク機構を介することにより、バタフライバルブ、フラップバルブ、プレートバルブ、ロータリバルブ等の回転型バルブを採用しても良い。また、ダブルポペットバルブを採用しても良い。
また、シャフト(弁軸)としてバルブステム5の代わりに、軸線方向に延びる作動ロッドを用いても良い。
本実施例では、ハウジング3のハウジング壁W1の内周、つまりベアリングホルダ81の軸受収容孔84内に円筒カラー26を圧入する前に、予め2連ボールベアリング24、25の各外輪の外周に円筒カラー26を圧入固定しているが、予め出力ギア17を出力シャフト19の第1突出軸部(入力部)に組み付ける前に、2連ボールベアリング24、25の各外輪の外周に円筒カラー26を組み付けた後に、ハウジング3のハウジング壁W1の内周に圧入固定しても良い。
本実施例では、ハウジング3のハウジング壁W1に、円筒カラー26を介して2連ボールベアリング(第1軸受)24、25の各外輪の外周を保持する円筒状のベアリングホルダ(第1軸受ホルダ)81を設けているが、円筒カラー26を介在させることなく、ハウジング3のハウジング壁W1に第1軸受の外周を直接保持(支持)する筒状の第1軸受ホルダを設けても良い。
また、第1軸受として、2連ボールベアリング24、25の代わりに、内部に潤滑油を有するボールベアリングを採用しても良い。また、第1軸受として、内部に潤滑油が含浸された筒状の焼結含油軸受(メタルブッシュ)を採用しても良い。
また、第1、第2軸受の内部に潤滑油が含浸されなくも、第1軸受と出力シャフトとの第1摺動部(摺動クリアラス)、第2軸受と弁軸との第2摺動部(摺動クリアラス)に潤滑油供給機構から潤滑油が供給されるタイプのベアリングを使用しても良い。
また、出力シャフト19の第2突出軸部(出力部)に出力レバー21を組み付ける前に、予め出力レバー21、ピボットピン22およびフォロア23を組み立てて、これらをユニット(サブアッシー)化したフォロアサブアッセンブリを構成し、フォロアサブアッセンブリを出力シャフト19の第2突出軸部(出力部)に組み付けるようにしても良い。
また、ボールベアリングよりなるフォロア23の代わりに、ピボットピン(支軸)22の外周に回転自在に支持されるフォロアローラを使用しても良い。
また、内燃機関(エンジン)として、多気筒ディーゼルエンジンの代わりに、多気筒ガソリンエンジンを用いても良い。また、単気筒エンジンに適用しても良い。
なお、コイルに接続する導体とは、モータのロータコイルに電気接続する整流子(コンミテータ)に押圧接触するブラシが考えられる。また、コイルを形成する導体とは、モータのステータコイルが考えられる。
W1 ハウジング壁
W2 ハウジング壁
M モータ
1 EGRバルブ
2 アクチュエータ
3 ハウジング
4 バルブヘッド(弁体)
5 バルブステム(弁軸)
6 ヨーク
8 出力部材

Claims (13)

  1. (a)内燃機関の排気ガスが流れる流路(31〜35)を開閉する弁体(4)、およびこの弁体(4)を支持する弁軸(5)を有するバルブ(1)と、
    (b)電力の供給を受けて前記バルブ(1)を駆動する動力を発生するモータ(M)、およびこのモータ(M)の動力を前記弁軸(5)を介して前記弁体(4)に伝える出力部材(8)を有するアクチュエータ(2)と、
    (c)前記バルブ(1)および前記アクチュエータ(2)を内蔵するハウジング(3)と
    を備え、
    前記出力部材(8)は、前記モータ(M)の動力を受けて回転する出力ギア(17)、この出力ギア(17)の回転中心軸上に設置されて、前記出力ギア(17)と一体回転可能に連結した出力シャフト(19)、この出力シャフト(19)の回転中心軸から偏芯した位置に設置されて、前記出力シャフト(19)と一体回転可能に連結したフォロア(23)を有し、
    前記ハウジング(3)は、少なくとも前記弁軸(5)および前記フォロア(23)を収容する第1収容室(41)と少なくとも前記モータ(M)および前記出力ギア(17)を収容する第2収容室(42〜44)とを分断するハウジング壁(W1、W2)を有し、
    前記ハウジング壁(W1、W2)は、前記出力シャフト(19)をその回転方向に摺動可能に支持する第1軸受(24、25)、およびこの第1軸受(24、25)の外周を保持する筒状の第1軸受ホルダ(81)を有していることを特徴とする内燃機関の排気装置。
  2. 請求項1に記載の内燃機関の排気装置において、
    前記ハウジング(3)は、前記弁軸(5)をその移動方向に摺動可能に支持する筒状の第2軸受(36)、およびこの第2軸受(36)の外周を保持する筒状の第2軸受ホルダ(37)を有していることを特徴とする内燃機関の排気装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の内燃機関の排気装置において、
    前記アクチュエータ(2)は、前記モータ(M)の回転を減速して前記出力シャフト(19)に伝える減速機構(15〜19)、および前記出力シャフト(19)の回転運動を前記弁軸(5)の直線運動に変換する変換機構(6、21〜23)を有していることを特徴とする内燃機関の排気装置。
  4. 請求項3に記載の内燃機関の排気装置において、
    前記変換機構は、前記出力シャフト(19)と一体回転可能に連結し、前記出力シャフト(19)の径方向外側に突出するレバー(21)、このレバー(21)に保持される偏芯ピン(22)、および前記フォロア(23)を介して前記偏芯ピン(22)から前記モータ(M)の動力を受けて前記弁軸(5)の軸線方向に往復移動する共に、前記弁軸(5)と一体移動可能に連結したヨーク(6、27)を有し、
    前記フォロア(23)は、前記偏芯ピン(22)の外周に回転自在に支持されて、前記ヨーク(6、27)内に摺動可能に挿入されていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
  5. 請求項4に記載の内燃機関の排気装置において、
    前記ヨーク(6)は、前記フォロア(23)を挿入可能なヨーク溝(27)を有し、
    前記ヨーク溝(27)は、前記ヨーク(6)に対する前記フォロア(23)の組み付け時に、前記出力部材(8)を直線移動させながら前記ヨーク溝(27)に前記フォロア(23)を挿入するための開口部(71)を有し、
    前記開口部(71)は、前記弁軸(5)の軸線方向に対して直交する垂直方向に向かって開放されていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
  6. 請求項5に記載の内燃機関の排気装置において、
    前記開口部(71)には、その開口側から前記ヨーク溝(27)の奥側へ向かって徐々に開口面積が小さくなると共に、前記フォロア(23)を前記ヨーク溝(27)内に誘導するテーパガイド面(72)が設けられていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
  7. 請求項3に記載の内燃機関の排気装置において、
    前記変換機構は、前記出力シャフト(19)と一体回転可能に連結し、前記出力シャフト(19)の径方向外側に突出するレバー(21)、このレバー(21)に保持される偏芯ピン(22)、および前記フォロア(23)を介して前記偏芯ピン(22)から前記モータ(M)の動力を受けて前記弁軸(5)の軸線方向に往復移動する共に、前記弁軸(5)と一体移動可能に連結したコの字状のヨーク(6、27)を有し、
    前記フォロア(23)は、前記偏芯ピン(22)の外周に回転自在に支持されて、前記ヨーク(6、27)内に摺動可能に挿入されていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
  8. 請求項7に記載の内燃機関の排気装置において、
    前記ヨーク(6)は、前記フォロア(23)を挿入可能なヨーク溝(27)を有し、
    前記ヨーク溝(27)は、前記ヨーク(6)に対する前記フォロア(23)の組み付け時に、前記出力部材(8)を回転させながら前記ヨーク溝(27)に前記フォロア(23)を挿入するための開口部(91)を有し、
    前記開口部(91)は、前記弁軸(5)の軸線方向に対して直交する垂直方向に向かって開放されていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
  9. 請求項8に記載の内燃機関の排気装置において、
    前記開口部(91)には、その開口側から前記ヨーク溝(27)の奥側へ向かって徐々に開口面積が小さくなると共に、前記フォロア(23)を前記ヨーク溝(27)内に誘導するテーパガイド面(92)が設けられていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
  10. 請求項4ないし請求項9のうちのいずれか1つに記載の内燃機関の排気装置において、 前記ハウジング壁(W1、W2)は、前記第1軸受(24、25)の外周に圧入される筒状のカラー(26)を有し、
    前記カラー(26)は、前記レバー(21)、前記偏芯ピン(22)および前記フォロア(23)を包む、前記出力シャフト(19)の軸芯を中心とした包絡円以上の外径を有していることを特徴とする内燃機関の排気装置。
  11. 請求項10に記載の内燃機関の排気装置において、
    前記出力ギア(17)は、前記カラー(26)の外径を覗くことが可能な窓(67)を有していることを特徴とする内燃機関の排気装置。
  12. 請求項4ないし請求項11のうちのいずれか1つに記載の内燃機関の排気装置において、
    前記出力シャフト(19)の軸線方向の一端側は、前記第収容室側の開口端から前記第収容室(42〜44)内に突出して前記出力ギア(17)と一体回転可能に連結し、 前記出力シャフト(19)の軸線方向の他端側は、前記第収容室側の開口端から前記第収容室(4)内に突出して前記レバー(21)と一体回転可能に連結していることを特徴とする内燃機関の排気装置。
  13. 請求項1ないし請求項12のうちのいずれか1つに記載の内燃機関の排気装置において、
    前記モータ(M)は、コイルに接続する導体またはコイルを形成する導体に導通接合されるターミナル(51、52)を有し、
    前記ハウジング(3)は、前記ターミナル(51、52)を介して、前記モータ(M)と外部との電気接続を行うための外部接続用コネクタ(54)を有するカバー(10)との間に、前記第2収容室(42〜44)を形成する凹部を有していることを特徴とする内燃機関の排気装置。
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